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물리 안영환 교수 연구팀, 신개념 스텔스 물질 개발
작성자 박은영 등록일 2023-12-08 조회수 26

우리 학교 안영환 교수(물리학과∙대학원 에너지시스템학과) 연구팀이 그래핀 산화물의 유전상수 조작을 통해 신개념의 스텔스 물질을 개발하는데 성공했다.

연구 내용은 <산화 그래핀을 이용한 테라헤르츠파 엡실론-근사-제로 플랫폼(Graphene Oxides as Epsilon-Near-Zero Platforms Operating in Terahertz Frequency Range)>이라는 제목으로, 광학 분야 저명 학술지인 <레이져 & 포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews)> 11월호 온라인판에 게재됐다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업과 중점연구소 사업(자율형)의 지원으로 수행됐다. 우리 학교 에너지시스템학과 박사과정의 전승원 학생, 기초과학연구소의 임종혁 박사, 물리학과의 박지용∙이순일 교수가 공동저자로 참여했다.

연구팀의 이번 개발은 그래핀 산화물의 독특한 특성에 기인한다. 열처리 과정을 거치면, 그래핀 산화 물질은 특정 주파수 영역에서 엡실론-근접-제로(Epsilon-near-zero; ENZ) 특성을 나타낸다. 엡실론-근접-제로 물질은 유전율(엡실론)이 0에 근접하는 인공 물질로, 얇은 박막에 전자파의 강한 집속이 가능해 다양한 첨단 광소자의 구현이 가능하다.

ENZ 박막은 전자파의 효과적인 흡수를 가능하게 하여, 반사파를 크게 줄이는 '초흡수체' 제작에 기여한다. 이에 미래의 스텔스 기술 분야에 응용될 수 있다. 스텔스 기술은 육안, 레이더와 음향 등으로부터의 탐지를 어렵게 하는 은폐 기술을 말하며, 전투기와 함정, 전차와 장갑차뿐 아니라 병사의 전투복에까지 활용되고 있다. 

스텔스 분야의 응용 외에도, 전통적인 회절 한계를 넘어선 초고해상도 테라헤르츠파(T-레이) 이미징 기술에 적용이 가능해, 의료 진단 및 보안 스캐닝 분야에서 더 세밀한 이미지를 제공할 수 있게 됐다.

특히, ENZ 플랫폼과 메타패턴의 결합을 통해 낮은 굴절률을 가진 미생물을 감지하는 데에도 유용함을 확인했다. 다양한 유해물질 감지 센서의 정확도와 민감도를 크게 향상시킬 것으로 기대된다.

안영환 교수는 “기존 ENZ 박막이 복잡한 금속패턴을 필요로 하는 반면, 이번에 개발된 물질은 자체적으로 ENZ 특성을 보인다는 점에서 매우 독창적인 연구성과”라며 “ENZ 박막을 원하는 표면에 갖다 붙이거나 다른 광구조와 결합된 하이브리드 소자를 제조하는 등, 기존에 불가능했던 다양한 응용분야가 창출될 것”이라고 전망했다. 

* 위 그림설명 - (위)산화 그래핀의 유전상수 조작을 통해 엡실론-근접-제로(ENZ) 물질을 제조하는 원리와 (아래)비행체 모형에 대한 ENZ 박막의 스텔스 구현 실험결과

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